JP2007100144A

JP2007100144A - 亜鉛電解精錬方法および亜鉛電解精錬用の支持治具

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Publication number: JP2007100144A
Application number: JP2005289246A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takeya; 一彦竹谷; Ariyuki Kamata; 有幸鎌田
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP4862182B2

Abstract

【課題】７００Ａ／ｍ^２の高電流密度でショートを生じることなく亜鉛電解精錬を行うことにある。
【解決手段】複数枚のアノード板２とカソード板３を亜鉛電解液１０中において所定の間隔をあけて交互に略平行に配置し，亜鉛電解液１０中を介してアノード板２とカソード板３の間で通電し，カソード板３に亜鉛を電着させる湿式の亜鉛電解精錬において，アノード板２とカソード板３の中心間隔を２０〜４０ｍｍとし，かつ，中心間隔の標準偏差を４．１ｍｍ未満として，アノード板２とカソード板３の間で６００Ａ/ｍ^２以上の電流密度で通電する。
【選択図】図１

Description

本発明は，亜鉛電解液中に配置したアノード板とカソード板の間で通電し，カソード板に亜鉛を電着させる湿式の亜鉛電解精錬に関する。

亜鉛電解精錬は，電力費がコストの大部分を占める。このため，より電力単価の安い夜間帯に亜鉛電解精錬を行っている。また，短時間で亜鉛精錬を行うために，電流密度を上げた高電流により亜鉛を精錬している。

しかし，高電流密度にすることにより短時間に亜鉛を採取可能となるが，一方で，高電流密にすると，アノード板とカソード板のヘッドバーに電気的に接触しているブスバーの温度が上昇し，ブスバーに酸化膜が形成され，熱によってヘッドバーやブスバーが損なわれる問題が発生する。この発熱による問題を解決するために，特許文献１には，ブスバーに散水し冷却することで５００Ａ／ｍ^２の高電流密度にすることを可能にしている。

特開平６−２１２４７２号公報

電流密度を高くすれば電解精錬にかかる時間も短縮でき，効率も向上する。このため，例えば６００Ａ／ｍ^２の高電流密度で亜鉛電解精錬を行うことが望まれている。ところが，６００Ａ／ｍ^２以上の高電流密度で亜鉛電解精錬を行った場合，電解精錬中にカソード板に局部的に亜鉛が針状に析出して，対向するアノード板と電気的に接触し，ショートを生ずる可能性が高くなる。ショートを生じたカソード板とアノード板の間では電解精錬が停止してしまう。また，せっかく６００Ａ／ｍ^２の高電流密度としても，電力がショートによって無駄に消費されてしまい，電解槽全体では電解効率が低下してしまう。

本発明の目的は，６００Ａ／ｍ^２の高電流密度でショートを生じることなく亜鉛電解精錬を行うことにある。

本発明者らは，上記課題を解決するために鋭意研究したところ，アノード板とカソード板の間隔を所定の精度で等間隔に配置することにより，６００Ａ／ｍ^２の高電流密度でショートをほとんど生じることなく亜鉛電解精錬が行えるようになることを見出した。

本発明によれば，複数枚のアノード板とカソード板を亜鉛電解液中において所定の間隔をあけて交互に略平行に配置し，亜鉛電解液中を介してアノード板とカソード板の間で通電し，カソード板に亜鉛を電着させる湿式の亜鉛電解精錬方法において，アノード板とカソード板の中心間隔を２０〜４０ｍｍとし，かつ，中心間隔の標準偏差を４．１ｍｍ未満として，アノード板とカソード板の間で６００Ａ/ｍ^２以上の電流密度で通電することを特徴とする，亜鉛電解精錬方法が提供される。

また本発明によれば，亜鉛電解液が入れられる電解槽の上端に配置され，アノード板とカソード板の上端に取り付けられたヘッドバーを支持する支持治具であって，ヘッドバーを支持する支持部とヘッドバーを通過させる通過部を交互に直列に複数備えることを特徴とする，亜鉛電解精錬用の支持治具が提供される。

亜鉛電解液中において交互に略平行に配置された複数枚のアノード板とカソード板の間隔を，中心間隔を２０〜４０ｍｍ，中心間隔の標準偏差を４．１未満とすることにより，６００Ａ／ｍ^２の高電流密度でショートをほとんど生じることなく亜鉛電解精錬が行えるようになる。本発明によれば，ショートの発生を約３０％以上低減させ，電流効率を１．３％向上させることができ，これにより，亜鉛電解精錬の生産性が向上する。

本発明の実施の形態を，図面を参照に説明する。図１は，電解槽１の平面図である。図２は，アノード板２（カソード板３）の正面図である。図３は，支持治具１１，１２の斜視図である。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

上面が開放した直方体形状の電解槽１には，亜鉛電解液１０が入れられている。亜鉛電解液１０は，主に硫酸亜鉛からなり，他にマンガン等が含まれる。その成分は常に一定ではないが，例えば，電解前の電解液の主な成分は，亜鉛は１５５−１７５ｇ，Ｃｄ＜０．１ｐｐｍ，Ｃｕ＜０．１ｐｐｍ，Ｆｅ，Ｃｏ，ニッケル，砒素，アンチモン，マンガン，マグネシウム，硫酸等が含まれている。電解後は，亜鉛６０〜７０ｇ／Ｌ，遊離硫酸１５０〜１９０ｇ，マンガン２．５〜４．５ｇ／Ｌ，酸化マグネシウム＜１９ｇ・Ｌとなる。図示はしないが，電解槽１には，亜鉛電解液１０の導入，排出を行う配管がそれぞれ接続してある。

電解槽１の左右の上端には，支持治具１１，１２が対をなして載置されている。また，電解槽１の左右両外側（支持治具１１，１２それぞれの外側）には，通電用のブスバー１３，１４が対をなして配置されている。これらブスバー１３，１４の一方は正の電極（陽極）であり，他方は負の電極（陰極）である。以下，一例として，左側のブスバー１３を陽極，右側のブスバー１４を陰極として説明する。

図２（ａ）に示すように，アノード板２とカソード板３は，何れも電極板２０の上縁部に，通電及び加重支持用のヘッドバー２１を取り付けた略Ｔ字型の形状となっている。電極板２０は，略長方形の薄板状に形成されている。電極板２０の材質は，アノード板２の場合は鉛であり，例えば鉛―０．８５質量％銀合金からなり，面積は１．７ｍ^２ほどである。なお，アノード板２の電極板２０に他の合金組成を用いることも可能である。例えば，鉛―銀−カルシウム合金など挙げられる。Ｐｂ―１．０％Ａｇ鋳放アノードと比べ，Ｐｂ―０．５％Ａｇ−。０４％Ｃａ鋳放アノードを用いると槽電圧を低下させる効果がある。カソード板３の場合は例えばアルミニウムまたはその合金等であり，面積は１．７ｍ^２ほどである。また，チタンなどの酸性に強い金属を用いても良い。ヘッドバー２１は，銅棒等である。

ヘッドバー２１の左右両端部は，電極板２０の上縁において，左右外側に突出している。ヘッドバー２１の厚さｔ（図２（ｂ）に示す）は，アノード板２の場合はｔ＝１７ｍｍであり，カソード板３の場合はｔ＝１５ｍｍである。図２のように平面視では，ヘッドバー２１の長さ方向の中心軸と電極板２０の幅方向の中心軸はほぼ一致しており，電極板２０の表裏面全体がヘッドバー２１の中心線と平行になるように形成されている。ヘッドバー２１により電極板２０の位置が精確に把握できるようにするためと，電解槽１において各電極板２０が平行に並ぶようにするためである。

図３に示すように，支持治具１１，１２は，いずれも長板形状の基部２５の上面に，長手方向に沿って，ヘッドバー２１を支持する複数の支持部２６を，互いに隙間を開けて配置した構成である。基部２５の上面において，各支持部２６同士の間に形成された隙間が，ヘッドバー２１を通過させる通過部２７となっており，基部２５の上面には，長手方向に沿って，支持部２６と通過部２７が交互に直列に複数設けられている。

各支持部２６の上面には，ヘッドバー２１の端部を基部２５の長手方向に対して直交させた姿勢で保持するように案内するためのガイド凹部３０が形成されている。ガイド凹部３０は，平面部３１と，平面部３１の前後（基部２５の長手方向における前後）に配置された一対の斜面３２，３２で構成される。斜面３２，３２は，平面部３１の前後において，平面部３１から離れるに従って次第に高くなるように形成されている。

平面部３１の幅ｓ（基部２５の長手方向における幅ｓ）は，後述するようにカソード板３のヘッドバー２１（厚さｔ＝１５ｍｍ）が支持部２６に載せられる左側の支持治具１１にあっては，ｓ＝１９ｍｍである。また，後述するようにアノード板２のヘッドバー２１（厚さｔ＝１７ｍｍ）が支持部２６に載せられる右側の支持治具１２にあっては，ｓ＝２１ｍｍである。

このように，中央の平面部３１とその前後に配置された一対の斜面３２，３２で構成されるガイド凹部３０が支持部２６の上面に形成されていることにより，後述するように，支持部２６の上面にヘッドバー２１の端部を載置させると，ヘッドバー２１が斜面３２，３２を自重で滑り落ちて必然的に最下部の平面部３１まで移動し，基部２５の長手方向に対して支持部２６の上面のほぼ中央にヘッドバー２１が位置決めされるようになっている。

また，支持部２６上面の外縁には，ヘッドバー２１の端面を押さえるための垂直壁部３５が上方に突出して設けられている。この垂直壁部３５が支持部２６の上面外縁に形成されていることにより，後述するように，支持部２６の上面にヘッドバー２１の端部を載置させる際には，ヘッドバー２１の端面が垂直壁部３５の内側面に押さえられ，ヘッドバー２１の端部が，支持治具１１，１２よりも外側に突出しないようになっている。

各支持部２６同士の間に形成された通過部２７は，ヘッドバー２１を通過させるための十分な幅ｓ’を有している。各通過部２７の幅ｓ’（基部２５の長手方向における幅ｓ’）は，後述するようにアノード板２のヘッドバー２１（厚さｔ＝１７ｍｍ）を通過させる左側の支持治具１１にあっては，ｓ’＝２４ｍｍである。また，後述するようにカソード板３のヘッドバー２１（厚さｔ＝１５ｍｍ）を通過させる右側の支持治具１２にあっては，ｓ’＝１９ｍｍである。

各通過部２７には，支持部２６の上面外縁に形成された上述の垂直壁部３１のようなものはない。このため，後述するように，通過部２７にヘッドバー２１の端部を挿入させる際には，ヘッドバー２１の端部を支持治具１１，１２よりも外側に突出させた状態にすることが可能である。

各支持部２６と通過部２７は，基部２５の長手方向に沿って，ほぼ等間隔で交互に配置されている。即ち，互いに隣接する支持部２６と通過部２７における支持部２６の中心軸２６’と通過部２７の中心軸２７’との間隔Ｌ（隣接する支持部２６と通過部２７の中心間隔Ｌ）はいずれも等しく設定されている。この場合，各中心間隔Ｌの長さは，支持治具１１，１２のいずれも３２ｍｍになっている。これにより，支持治具１１，１２のいずれにおいても，支持部２６同士のピッチ間隔と通過部２７同士のピッチ間隔は，６４ｍｍとなっている。この場合，支持治具１１，１２のいずれにおいても，支持部２６同士のピッチ間隔と通過部２７同士のピッチ間隔の寸法誤差は±０．５ｍｍ以下になるように設定され，製作されている。

なお，支持治具１１，１２全体は，耐熱性，耐酸性を有する例えば樹脂などの絶縁材料で一体的に形成されている。これら支持治具１１，１２は中空のリブ状として樹脂原料のコスト減と強度補強をはかると良い。

さて，亜鉛電解精錬を行うには，先ず，亜鉛電解液１０が入れられた電解槽１の左右上端に，支持治具１１，１２の基部２５を載せて，左右の支持治具１１，１２を対をなすように載置する。この場合，左側の支持治具１１にあっては，支持部２６上面の垂直壁部３１が電解槽１の外側となるように配置し，右側の支持治具１２にあっては，支持部２６上面の垂直壁部３１が電解槽１の外側となるように配置する。

また，左右の支持治具１１，１２は，電解槽１の左右上端の長手方向に沿って，隣接する支持部２６と通過部２７の中心間隔Ｌと等しい長さだけ，互いにずらして配置する。上述のように，左右の支持治具１１，１２は，隣接する支持部２６と通過部２７の中心間隔Ｌが何れも約３２ｍｍと等しくなっているので，このように左右の支持治具１１，１２を中心間隔Ｌだけ互いにずらして配置したことにより，左側の支持治具１１の各支持部２６の正面に，右側の支持治具１２の通過部２７が位置し，右側の支持治具１２の各支持部２６の正面に，左側の支持治具１１の通過部２７が位置するように，左右の支持治具１１，１２を対向して配置させる。

そして，これら左右の支持治具１１，１２の上にアノード板２とカソード板３のヘッドバー２１を跨って載せることにより，複数枚（例えばそれぞれ４８〜５９枚）のアノード板２とカソード板３を，交互に電解槽１内に挿入する。これらアノード板２とカソード板３の挿入は，電解槽１の上方からクレーン等によってアノード板２とカソード板３を下降しながら行うことができる。その際，アノード板２を載せる場合は，図４に示すように，ヘッドバー２１の右端部を電解槽１の右上端に載せた右側の支持治具１２の支持部２６の上に載せ，ヘッドバー２１の左端部を電解槽１の左上端に載せた左側の支持治具１１の通過部２７（ヘッドバー２１の右端部を載せた支持部２６に対向する通過部２７）に通すようにする。なお，アノード板２のヘッドバー２１の右端部を右側の支持治具１２の支持部２６の上に載せるときには，ヘッドバー２１の右端面を支持部２６上面の垂直壁部３１の内側面に押し当てるようにして，アノード板２の左右位置を容易に位置決めすることができる。そして，このように位置決めされたアノード板２のヘッドバー２１の左端部は，左側の支持治具１１の通過部２７を通って左側の支持治具１１の外側方（支持治具１１よりも更に左側方）まで突出し，電解槽１の左外側（支持治具１１の外側）に配置された陽極のブスバー１３に電気的に接触することになる。なお，アノード板２のヘッドバー２１の右端部は，支持部２６上面に載せられるので，電解槽１の右外側（支持治具１２の外側）に配置された陰極のブスバー１４には電気的に接触しない。

また，アノード板２のヘッドバー２１の右端部を右側の支持治具１２の支持部２６の上に載せたことにより，ヘッドバー２１の右端部は支持部２６上面のガイド凹部３０によって前後に位置決めされ，同様に，アノード板２のヘッドバー２１の左端部を左側の支持治具１１の通過部２７に通したことにより，ヘッドバー２１の左端部は通過部２７によって前後に位置決めされる。こうして，アノード板２は，前後左右の位置を正確に位置決めされた状態で，電解槽１内に挿入され，当該アノード板２の電極板２０は，電解槽１に入れられた亜鉛電解液１０中に浸漬された状態となる。

一方，左右の支持治具１１，１２の上にカソード板３を載せる場合は，図５に示すように，ヘッドバー２１の左端部を電解槽１の左上端に載せた左側の支持治具１１の支持部２６の上に載せ，ヘッドバー２１の右端部を電解槽１の右上端に載せた右側の支持治具１２の通過部２７（ヘッドバー２１の左端部を載せた支持部２６に対向する通過部２７）に通すようにする。なお，同様に，カソード板３のヘッドバー２１の左端部を左側の支持治具１１の支持部２６の上に載せるときには，ヘッドバー２１の左端面を支持部２６上面の垂直壁部３１の内側面に押し当てるようにして，カソード板３の左右位置を容易に位置決めすることができる。そして，このように位置決めされたカソード板３のヘッドバー２１の右端部は，右側の支持治具１２の通過部２７を通って右側の支持治具１２の外側方（支持治具１２よりも更に右側方）まで突出し，電解槽１の右外側（支持治具１２の外側）に配置された陰極のブスバー１４に電気的に接触することになる。なお，カソード板３のヘッドバー２１の左端部は，支持部２６上面に載せられるので，電解槽１の左外側（支持治具１１の左側）に配置された陽極のブスバー１３には電気的に接触しない。

また，カソード板３のヘッドバー２１の左端部を左側の支持治具１１の支持部２６の上に載せたことにより，ヘッドバー２１の左端部は支持部２６上面のガイド凹部３０によって前後に位置決めされ，同様に，カソード板３のヘッドバー２１の右端部を右側の支持治具１２の通過部２７に通したことにより，ヘッドバー２１の右端部は通過部２７によって前後に位置決めされる。こうして，カソード板３は，前後左右の位置を正確に位置決めされた状態で，電解槽１内に挿入され，当該カソード板３の電極板２０も，電解槽１に入れられた亜鉛電解液１０中に浸漬された状態となる。

こうして，所定枚数のアノード板２とカソード板３を，左右の支持治具１１，１２の上に載せることにより，電解槽１内には，複数枚のアノード板２とカソード板３が，所定の間隔をあけて交互に略平行に配置された状態となる。なお，上述したようにヘッドバー２１の長さ方向の中心軸と電極板２０の幅方向の中心軸はほぼ一致しており，電極板２０の表裏面全体がヘッドバー２１の中心線と平行になるように形成されている。このため，アノード板２とカソード板３をヘッドバー２１によって位置合わせすることにより，アノード板２の電極板２０とカソード板３の電極板２０を互いに略平行に配置させることが可能となる。この場合，上述したように，アノード板２のヘッドバー２１の厚さｔが１７ｍｍ，カソード板３のヘッドバー２１の厚さｔが１５ｍｍに設定され，左側の支持治具１１の支持部２６上面に形成されたガイド凹部３０の平面部３１の幅ｓが１９ｍｍ，右側の支持治具１２の支持部２６上面に形成されたガイド凹部３０の平面部３１の幅ｓが２１ｍｍに設定され，左側の支持治具１１の通過部２７の幅ｓ’が２４ｍｍ，右側の支持治具１２の通過部２７の幅ｓ’が１９ｍｍに設定されている。このため，このようにアノード板２とカソード板３のヘッドバー２１を，左右の支持治具１１，１２の上に載せて位置決めしたことによって，複数枚のアノード板２とカソード板３は，互いに隣接するアノード板２とカソード板３の間では両者の中心間隔が，支持治具１１，１２の支持部２６と通過部２７の中心間隔Ｌ＝３２ｍｍにほぼ等しくなる。また，互いに隣接するアノード板２とカソード板３の中心間隔のばらつきは０．２２ｍｍ以下，標準偏差が４．１ｍｍ未満となる。なお，アノード板２の電極板２０とカソード板３の電極板２０の間隔やばらつきは，アノード板２とカソード板３のヘッドバー２１の位置によって代替的に測定することができる。

こうして，複数枚のアノード板２とカソード板３を，電解槽１内に所定の間隔をあけて交互に略平行に配置した状態で，左側のブスバー１３に正の電荷をかけ，右側のブスバー１４に負の電荷をかけることにより，アノード板２とカソード板３の間で通電し，電解亜鉛をカソード板３に電着させる。この場合，アノード板２とカソード板３間に６００Ａ/ｍ^２以上の電流密度で通電するように，ブスバー１３，１４間に印加する電圧を調整する。この場合，整流器としてＳＣＲを用いればよい。

以上の実施の形態によれば，亜鉛電解液１０中において交互に略平行に配置された複数枚のアノード板２とカソード板３の中心間隔が２０〜４０ｍｍ，中心間隔の標準偏差が４．１未満となっていることにより，６００Ａ／ｍ^２の高電流密度でもショートをほとんど生じることなく亜鉛電解精錬が行えるようになる。アノード板２は鉛製の板であるため，１ｍｍ程度のそり，曲がりもある。しかし，カソード板３の位置間隔の精度向上により，ショートの防止，電解効率の向上に寄与し，６００Ａ／ｍ^２以上の高電流密度であっても安定して操作が可能となる。なお，極間距離が少ない方が槽電圧が下がると一般的に言われており，極間距離を短くすることが望ましい。

以上，本発明の実施の形態の一例を説明したが，本発明は例示の形態に限定されない。例えば図３で説明した支持治具１１，１２では，ヘッドバー２１を支持する支持部２６の上面外縁に，ヘッドバー２１の端面を押さえるための垂直壁部３５を設けた例を説明した。しかしながら，例えば図６に示すように，上面に垂直壁部３５を有しない支持部２６としても良い。この場合，左右の支持治具１１，１２の両方を，支持部２６の上面に垂直壁部３５を設けない構成としても良いが，例えば，カソード板３のヘッドバー２１を載せる左側の支持治具１１では，支持部２６の上面に垂直壁部３５を設けず，アノード板２のヘッドバー２１を載せる右側の支持治具１１では，支持部２６の上面に垂直壁部３５を設けるようにしても良い。また逆に，カソード板３のヘッドバー２１を載せる左側の支持治具１１では，支持部２６の上面に垂直壁部３５を設け，アノード板２のヘッドバー２１を載せる右側の支持治具１１では，支持部２６の上面に垂直壁部３５を設けないようにしても良い。

図１〜５で説明した条件で亜鉛電解精錬を行った。また，比較例として，カソード板３のヘッドバー２１（厚さｔ＝１５ｍｍ）を通過させる通過部２７の幅ｓ’を３０ｍｍとした治具を用いて，アノード板２とカソード板３を電解槽１内に挿入した。比較例では，電極間距離のばらつきの平均は３．１ｍｍとなり，標準偏差で４．１となった。図１〜５で説明した条件で本発明の実施例による亜鉛電解精錬では，比較例に比べて電流効率が１．２５％向上し，電極のショート率が３０％以上向上された。なお，電解効率が１％向上すると，年間数千万円以上のコスト削減となる。電流密度は，整流器の能力や電解液組成によって制限されるが，それらの制限をのぞけば，６００〜８００Ａ／ｍ^２以上が可能であり，特には７００〜８００Ａ／ｍ^２での電流密度による安定した操業が本発明により可能となる。

本発明は，湿式の亜鉛電解精錬に利用できる。

電解槽の平面図である。アノード板（カソード板）の正面図である。支持治具の斜視図である。アノード板を電解槽内に挿入する状態の説明図である。カソード板３を電解槽内に挿入する状態の説明図である。支持部の上面に垂直壁部を設けない支持治具の斜視図である。

符号の説明

１電解槽
２アノード板
３カソード板
１１，１２支持治具
１０亜鉛電解液
１３，１４ブスバー
２０電極板
２１ヘッドバー
２５基部
２６支持部
２７通過部
３０ガイド凹部
３１平面部
３２斜面
３５垂直壁部

Claims

複数枚のアノード板とカソード板を亜鉛電解液中において所定の間隔をあけて交互に略平行に配置し，亜鉛電解液中を介してアノード板とカソード板の間で通電し，カソード板に亜鉛を電着させる湿式の亜鉛電解精錬方法において，
アノード板とカソード板の中心間隔を２０〜４０ｍｍとし，かつ，中心間隔の標準偏差を４．１未満として，アノード板とカソード板の間で６００Ａ/ｍ^２以上の電流密度で通電することを特徴とする，亜鉛電解精錬方法。
亜鉛電解液が入れられる電解槽の上端に配置され，アノード板とカソード板の上端に取り付けられたヘッドバーを支持する支持治具であって，
ヘッドバーを支持する支持部とヘッドバーを通過させる通過部を交互に直列に複数備えることを特徴とする，亜鉛電解精錬用の支持治具。